网络通信协议:通过计算机网络可以使多台计算机实现连接,位于同一个网络中的计算机在进行连接和通信时需要遵守一定的规则,这就好比在道路中行驶的汽车一定要遵守交通规则一样。在计算机网络中,这些连接和通信的规则被称为网络通信协议,它对数据的传输格式、传输速率、传输步骤等做了统一规定,通信双方必须同时遵守才能完成数据交换。
TCP/IP协议: 传输控制协议/因特网互联协议( Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是Internet最基本、最广泛的协议。它定义了计算机如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。它的内部包含一系列的用于处理数据通信的协议,并采用了4层的分层模型,每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。
上图中,TCP/IP协议中的四层分别是应用层、传输层、网络层和链路层,每层分别负责不同的通信功能。
链路层:链路层是用于定义物理传输通道,通常是对某些网络连接设备的驱动协议,例如针对光纤、网线提供的驱动。
网络层:网络层是整个TCP/IP协议的核心,它主要用于将传输的数据进行分组,将分组数据发送到目标计算机或者网络。
运输层:主要使网络程序进行通信,在进行网络通信时,可以采用TCP协议,也可以采用UDP协议。
应用层:主要负责应用程序的协议,例如HTTP协议、FTP协议等。
通信的协议还是比较复杂的,java.net
包中包含的类和接口,它们提供低层次的通信细节。我们可以直接使用这些类和接口,来专注于网络程序开发,而不用考虑通信的细节。
java.net
包中提供了两种常见的网络协议的支持:
数据报(Datagram):网络传输的基本单位
完成三次握手,连接建立后,客户端和服务器就可以开始进行数据传输了。由于这种面向连接的特性,TCP协议可以保证传输数据的安全,所以应用十分广泛,例如下载文件、浏览网页等。
协议
IP地址
IP地址分类
IPv4:是一个32位的二进制数,通常被分为4个字节,表示成a.b.c.d
的形式,例如192.168.65.100
。其中a、b、c、d都是0~255之间的十进制整数,那么最多可以表示42亿个。
IPv6:由于互联网的蓬勃发展,IP地址的需求量愈来愈大,但是网络地址资源有限,使得IP的分配越发紧张。
为了扩大地址空间,拟通过IPv6重新定义地址空间,采用128位地址长度,每16个字节一组,分成8组十六进制数,表示成ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
,号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址,这样就解决了网络地址资源数量不够的问题。
常用命令
查看本机IP地址,在控制台输入:
ipconfig
检查网络是否连通,在控制台输入:
ping 空格 IP地址
ping 220.181.57.216
特殊的IP地址
端口号
网络的通信,本质上是两个进程(应用程序)的通信。每台计算机都有很多的进程,那么在网络通信时,如何区分这些进程呢?
如果说IP地址可以唯一标识网络中的设备,那么端口号就可以唯一标识设备中的进程(应用程序)了。
利用协议+IP地址+端口号 三元组合,就可以标识网络中的进程了,那么进程间的通信就可以利用这个标识与其它进程进行交互。
TCP通信能实现两台计算机之间的数据交互,通信的两端,要严格区分为客户端(Client)与服务端(Server)。
两端通信时步骤:
在Java中,提供了两个类用于实现TCP通信程序:
java.net.Socket
类表示。创建Socket
对象,向服务端发出连接请求,服务端响应请求,两者建立连接开始通信。java.net.ServerSocket
类表示。创建ServerSocket
对象,相当于开启一个服务,并等待客户端的连接。TCP通信的客户端:向服务器发送连接请求,给服务器发送数据,读取服务器回写的数据
表示客户端的类:
java.net.Socket:此类实现客户端套接字(也可以就叫“套接字”)。套接字指的是两台设备之间通讯的端点。
套接字:包含了IP地址和端口号的网络单位
构造方法
public Socket(String host, int port)
:创建套接字对象并将其连接到指定主机上的指定端口号。如果指定的host是null ,则相当于指定地址为回送地址。String host
:服务器主机的名称/服务器的IP地址int port
:服务器的端口号构造举例,代码如下:
Socket client = new Socket("127.0.0.1", 6666);
成员方法
public InputStream getInputStream()
: 返回此套接字的输入流。
Scoket
具有相关联的通道,则生成的InputStream
的所有操作也关联该通道。InputStream
也将关闭相关的Socket
。public OutputStream getOutputStream()
: 返回此套接字的输出流。
Scoket
具有相关联的通道,则生成的OutputStream
的所有操作也关联该通道。OutputStream
也将关闭相关的Socket
。public void close()
:关闭此套接字。
socket
被关闭,它不可再使用。InputStream
和OutputStream
。public void shutdownOutput()
: 禁用此套接字的输出流。
实现步骤:
1.创建一个客户端对象Socket
,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
2.使用Socket
对象中的方法getOutputStream()
获取网络字节输出流OutputStream
对象
3.使用网络字节输出流OutputStream
对象中的方法write
,给服务器发送数据
4.使用Socket
对象中的方法getInputStream()
获取网络字节输入流InputStream
对象
5.使用网络字节输入流InputStream
对象中的方法read
,读取服务器回写的数据
6.释放资源(Socket
)
注意:
1.客户端和服务器端进行交互,必须使用Socket
中提供的网络流,不能使用自己创建的流对象
2.当我们创建客户端对象Socket
的时候,就会去请求服务器和服务器经过3次握手建立连接通路
这时如果服务器没有启动,那么就会抛出异常ConnectException: Connection refused: connect
如果服务器已经启动,那么就可以进行交互了
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建一个客户端对象Socket,构造方法绑定服务器的IP地址和端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
//2.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//3.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给服务器发送数据
os.write("你好服务器".getBytes());
//4.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//5.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取服务器回写的数据
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = is.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,len));
//6.释放资源(Socket)
socket.close();
}
}
TCP通信的服务器端:接收客户端的请求,读取客户端发送的数据,给客户端回写数据
表示服务器的类:
java.net.ServerSocket
:这个类实现了服务器套接字,该对象等待通过网络的请求。
构造方法
public ServerSocket(int port)
:使用该构造方法在创建ServerSocket
对象时,就可以将其绑定到一个指定的端口号上,参数port
就是端口号。构造举例,代码如下:
ServerSocket server = new ServerSocket(6666);
服务器端必须明确一件事情,必须的知道是哪个客户端请求的服务器
所以可以使用accept
方法获取到请求的客户端对象Socket
成员方法
public Socket accept()
:侦听并接受到此套接字的连接,返回一个新的Socket
对象,用于和客户端实现通信。该方法会一直阻塞直到建立连接。
服务器的实现步骤:
1.创建服务器ServerSocket
对象和系统要指定的端口号
2.使用ServerSocket
对象中的方法accept
,获取到请求的客户端对象Socket
3.使用Socket
对象中的方法getInputStream()
获取网络字节输入流InputStream
对象
4.使用网络字节输入流InputStream
对象中的方法read
,读取客户端发送的数据
5.使用Socket
对象中的方法getOutputStream()
获取网络字节输出流OutputStream
对象
6.使用网络字节输出流OutputStream
对象中的方法write
,给客户端回写数据
7.释放资源(Socket,ServerSocket
)
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建服务器ServerSocket对象和系统要指定的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
//2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端对象Socket
Socket socket = server.accept();
//3.使用Socket对象中的方法getInputStream()获取网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端发送的数据
byte[] bytes = new byte[1024];
int len = is.read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,len));
//5.使用Socket对象中的方法getOutputStream()获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//6.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写数据
os.write("收到谢谢".getBytes());
//7.释放资源(Socket,ServerSocket)
socket.close();
server.close();
}
}
TCP通信分析图解
到此,客户端向服务端发送数据成功。
客户端向服务器发送数据
文件上传分析图解
文件上传案例的客户端:读取本地文件,上传到服务器,读取服务器回写的数据
明确:
数据源:c:\1.jpg
目的地:服务器
实现步骤:
1.创建一个本地字节输入流FileInputStream
对象,构造方法中绑定要读取的数据源
2.创建一个客户端Socket
对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号
3.使用Socket
中的方法getOutputStream
,获取网络字节输出流OutputStream
对象
4.使用本地字节输入流FileInputStream
对象中的方法read
,读取本地文件
5.使用网络字节输出流OutputStream
对象中的方法write
,把读取到的文件上传到服务器
6.使用Socket
中的方法getInputStream
,获取网络字节输入流InputStream
对象
7.使用网络字节输入流InputStream
对象中的方法read
读取服务回写的数据
8.释放资源(FileInputStream,Socket
)
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源
FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\1.jpg");
//2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
//3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件
int len = 0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
//5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器
os.write(bytes,0,len);
}
/*
解决:上传完文件,给服务器写一个结束标记
void shutdownOutput() 禁用此套接字的输出流。
对于 TCP 套接字,任何以前写入的数据都将被发送,并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。
*/
socket.shutdownOutput();
//6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
System.out.println("333333333333333333333");
//7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据
while((len = is.read(bytes))!=-1){
System.out.println(new String(bytes,0,len));
}
System.out.println("444444444444444444 while死循环打印不到");
//8.释放资源(FileInputStream,Socket)
fis.close();
socket.close();
}
}
文件上传案例阻塞问题:
解决:上传完文件,给服务器写一个结束标记
void shutdownOutput()
禁用此套接字的输出流。
对于 TCP 套接字,任何以前写入的数据都将被发送,并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。
文件上传案例服务器端:读取客户端上传的文件,保存到服务器的硬盘,给客户端回写"上传成功"
明确:
数据源:客户端上传的文件
目的地:服务器的硬盘 d:\upload\1.jpg
实现步骤:
1.创建一个服务器ServerSocket
对象,和系统要指定的端口号
2.使用ServerSocket
对象中的方法accept
,获取到请求的客户端Socket
对象
3.使用Socket
对象中的方法getInputStream
,获取到网络字节输入流InputStream
对象
4.判断d:\\upload
文件夹是否存在,不存在则创建
5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream
对象,构造方法中绑定要输出的目的地
6.使用网络字节输入流InputStream
对象中的方法read
,读取客户端上传的文件
7.使用本地字节输出流FileOutputStream
对象中的方法write
,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
8.使用Socket
对象中的方法getOutputStream
,获取到网络字节输出流OutputStream
对象
9.使用网络字节输出流OutputStream
对象中的方法write
,给客户端回写"上传成功"
10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket
)
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
//2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象
Socket socket = server.accept();
//3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建
File file = new File("d:\\upload");
if(!file.exists()){
file.mkdirs();
}
//5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\1.jpg");
//6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件
System.out.println("11111111111111111111");
int len =0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = is.read(bytes))!=-1){
//7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
fos.write(bytes,0,len);
}
System.out.println("22222222222222222222222 while死循环打印不到");
//8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象
//9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功"
socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
//10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket)
fos.close();
socket.close();
server.close();
}
}
文件上传优化分析
FileOutputStream fis = new FileOutputStream(System.currentTimeMillis()+".jpg") // 文件名称
BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fis);
// 每次接收新的连接,创建一个Socket
while(true){
Socket accept = serverSocket.accept();
......
}
while(true){
Socket accept = serverSocket.accept();
// accept 交给子线程处理.
new Thread(() -> {
......
InputStream bis = accept.getInputStream();
......
}).start();
}
优化实现
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建一个服务器ServerSocket对象,和系统要指定的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);
//2.使用ServerSocket对象中的方法accept,获取到请求的客户端Socket对象
/*
让服务器一直处于监听状态(死循环accept方法)
有一个客户端上传文件,就保存一个文件
*/
while(true){
Socket socket = server.accept();
/*
使用多线程技术,提高程序的效率
有一个客户端上传文件,就开启一个线程,完成文件的上传
*/
new Thread(new Runnable() {
//完成文件的上传
@Override
public void run() {//run是我们重写的一个方法,重写的这个方法接口没有申明抛出异常,所以子类重写方法时也不能把这个异常申明抛出,不能申明抛出只能使用try...catch
try {
//3.使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//4.判断d:\\upload文件夹是否存在,不存在则创建
File file = new File("d:\\upload");
if(!file.exists()){
file.mkdirs();
}
/*
自定义一个文件的命名规则:防止同名的文件被覆盖
规则:域名+毫秒值+随机数
*/
String fileName = "itcast"+System.currentTimeMillis()+new Random().nextInt(999999)+".jpg";
//5.创建一个本地字节输出流FileOutputStream对象,构造方法中绑定要输出的目的地
//FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\1.jpg");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file+"\\"+fileName);
//6.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read,读取客户端上传的文件
int len =0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = is.read(bytes))!=-1){
//7.使用本地字节输出流FileOutputStream对象中的方法write,把读取到的文件保存到服务器的硬盘上
fos.write(bytes,0,len);
}
//8.使用Socket对象中的方法getOutputStream,获取到网络字节输出流OutputStream对象
//9.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,给客户端回写"上传成功"
socket.getOutputStream().write("上传成功".getBytes());
//10.释放资源(FileOutputStream,Socket,ServerSocket)
fos.close();
socket.close();
}catch (IOException e){
System.out.println(e);
}
}
}).start();
}
//服务器就不用关闭
//server.close();
}
}
public class TCPClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.创建一个本地字节输入流FileInputStream对象,构造方法中绑定要读取的数据源
FileInputStream fis = new FileInputStream("c:\\1.jpg");
//2.创建一个客户端Socket对象,构造方法中绑定服务器的IP地址和端口号
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8888);
//3.使用Socket中的方法getOutputStream,获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//4.使用本地字节输入流FileInputStream对象中的方法read,读取本地文件
int len = 0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
//5.使用网络字节输出流OutputStream对象中的方法write,把读取到的文件上传到服务器
os.write(bytes,0,len);
}
/*
解决:上传完文件,给服务器写一个结束标记
void shutdownOutput() 禁用此套接字的输出流。
对于 TCP 套接字,任何以前写入的数据都将被发送,并且后跟 TCP 的正常连接终止序列。
*/
socket.shutdownOutput();
//6.使用Socket中的方法getInputStream,获取网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//7.使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取服务回写的数据
while((len = is.read(bytes))!=-1){
System.out.println(new String(bytes,0,len));
}
//8.释放资源(FileInputStream,Socket)
fis.close();
socket.close();
}
}
信息回写分析图解
前四步与基本文件上传一致.
3.2 模拟B\S服务器(扩展知识点)
模拟网站服务器,使用浏览器访问自己编写的服务端程序,查看网页效果。
案例分析
1.准备页面数据,web文件夹。
复制到我们Module中,比如复制到11_Net中
2.我们模拟服务器端,ServerSocket类监听端口,使用浏览器访问
3.服务器程序中字节输入流可以读取到浏览器发来的请求信息
GET/web/index.html HTTP/1.1
是浏览器的请求消息。/web/index.html
为浏览器想要请求的服务器端的资源,使用字符串切割方式获取到请求的资源。
案例实现
服务端实现:
/*
创建BS版本TCP服务器
*/
public class TCPServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建一个服务器ServerSocket,和系统要指定的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
//使用accept方法获取到请求的客户端对象(浏览器)
Socket socket = server.accept();
//使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取客户端的请求信息
/*byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0;
while((len = is.read(bytes))!=-1){
System.out.println(new String(bytes,0,len));
}*/
//把is网络字节输入流对象,转换为字符缓冲输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
//把客户端请求信息的第一行读取出来 GET /11_Net/web/index.html HTTP/1.1
String line = br.readLine();
//把读取的信息进行切割,只要中间部分 /11_Net/web/index.html
String[] arr = line.split(" ");
//把路径前边的/去掉,进行截取 11_Net/web/index.html
String htmlpath = arr[1].substring(1);
//创建一个本地字节输入流,构造方法中绑定要读取的html路径
FileInputStream fis = new FileInputStream(htmlpath);
//使用Socket中的方法getOutputStream获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
// 写入HTTP协议响应头,固定写法
os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
// 必须要写入空行,否则浏览器不解析
os.write("\r\n".getBytes());
//一读一写复制文件,把服务读取的html文件回写到客户端
int len = 0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
os.write(bytes,0,len);
}
//释放资源
fis.close();
socket.close();
server.close();
}
}
访问效果
小贴士:不同的浏览器,内核不一样,解析效果有可能不一样。
发现浏览器中出现很多的叉子,说明浏览器没有读取到图片信息导致。
浏览器工作原理是遇到图片会开启一个线程进行单独的访问,因此在服务器端加入线程技术。
/*
创建BS版本TCP服务器
*/
public class TCPServerThread {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建一个服务器ServerSocket,和系统要指定的端口号
ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
/*
浏览器解析服务器回写的html页面,页面中如果有图片,那么浏览器就会单独的开启一个线程,读取服务器的图片
我们就的让服务器一直处于监听状态,客户端请求一次,服务器就回写一次
*/
while(true){
//使用accept方法获取到请求的客户端对象(浏览器)
Socket socket = server.accept();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//使用Socket对象中的方法getInputStream,获取到网络字节输入流InputStream对象
InputStream is = socket.getInputStream();
//使用网络字节输入流InputStream对象中的方法read读取客户端的请求信息
/*byte[] bytes = new byte[1024];
int len = 0;
while((len = is.read(bytes))!=-1){
System.out.println(new String(bytes,0,len));
}*/
//把is网络字节输入流对象,转换为字符缓冲输入流
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
//把客户端请求信息的第一行读取出来 GET /11_Net/web/index.html HTTP/1.1
String line = br.readLine();
System.out.println(line);
//把读取的信息进行切割,只要中间部分 /11_Net/web/index.html
String[] arr = line.split(" ");
//把路径前边的/去掉,进行截取 11_Net/web/index.html
String htmlpath = arr[1].substring(1);
//创建一个本地字节输入流,构造方法中绑定要读取的html路径
FileInputStream fis = new FileInputStream(htmlpath);
//使用Socket中的方法getOutputStream获取网络字节输出流OutputStream对象
OutputStream os = socket.getOutputStream();
// 写入HTTP协议响应头,固定写法
os.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
os.write("Content-Type:text/html\r\n".getBytes());
// 必须要写入空行,否则浏览器不解析
os.write("\r\n".getBytes());
//一读一写复制文件,把服务读取的html文件回写到客户端
int len = 0;
byte[] bytes = new byte[1024];
while((len = fis.read(bytes))!=-1){
os.write(bytes,0,len);
}
//释放资源
fis.close();
socket.close();
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
//server.close();
}
}